Что такое rapid prototyping
Урок 4. Прототипирование
В этом уроке мы с вами разберём основные принципы эффективного прототипирования в дизайн-мышлении. Они помогут вам максимально быстро протестировать сгенерированные ранее идеи, найти их плюсы и минусы.
Содержание:
Начать же этот урок лучше всего с определения центральных понятий.
Прототип и прототипирование
Для начала дадим определение понятию «прототип».
Простыми словами, прототип – это макет решения, который можно собрать из подручных материалов.
Он используется для того, чтобы не тратить время и деньги на создание полноценного продукта, а создать что-то похожее на него и отыскать ошибки, допущенные на этапе проектирования. Собственно говоря, процесс создания прототипа и называется прототипированием, и у него есть свои плюсы и минусы.
Преимущества прототипирования:
Недостатки прототипирования:
Прототипирование является первой стадией Product Evolution Canvas (на русский переводится как «канвас эволюции продукта»), и дальше речь пойдет о нем.
Product Evolution Canvas
Product Evolution Canvas (PEC) – это инструмент для компаний, создающих различные продукты, отлично подходящий для мозговых штурмов. Он состоит из двух компонентов – это:
Временные рамки – это, как понятно из названия, время. А что такое эволюция продукта? Давайте рассмотрим подробнее.
3 этапа эволюции продукта
Эволюция продукта – это весь процесс от создания прототипа до готового товара.
Он делится на три этапа:
Образно говоря, минимально-жизнеспособный продукт – это скейтборд. Основной продукт – велосипед. Полнофункциональный продукт – автомобиль. Скейтборд даёт возможность передвигаться, но не позволяет делать это достаточно быстро. С помощью велосипеда можно ездить довольно быстро и на большие расстояния. А автомобиль перекрывает все потребности, т.к. проезжает расстояния в сотни километров в считанные часы.
Канвас эволюции продукта помогает ответить на вопросы коллег, клиентов и инвесторов о функционале продукта. Например:
Кроме того, Product Evolution Canvas упрощает:
Но чтобы получить от PEC максимальную пользу, с ним нужно научиться работать. Давайте поговорим об этом подробнее.
Как работать с PEC
Работа с PEC предполагает прохождение трех этапов:
На первом этапе спрашивайте себя: «Что делает мой продукт функциональным?»
Канвас можно применять для разработки продуктов и услуг практически в каждой сфере деятельности человека. Нужно выполнить всего лишь четыре простых шага:
А чтобы было понятнее, что все это значит, приведем небольшой практический пример. Представьте, что вы разрабатываете банковское приложение и заполняете канвас. На первом этапе ваш продукт будет обладать лишь самыми необходимыми функциями, без которых невозможно представить банковское приложение – это открытие личного счёта, перевод денег и оплата различных услуг.
На втором этапе вы добавляете счета для индивидуальных предпринимателей, все виды транзакций и возможность оформлять кредиты онлайн. И на третьем – копилки, списки желаний и интеграцию с чат-ботами. Конечно, система выглядит уж очень упрощенно, но суть этот пример передает хорошо.
Прототипировать можно:
В зависимости от того, что мы прототипируем, технологии прототипирования будут различаться.
Моделирование физических объектов
Физические объекты моделируют:
| A | С помощью подручных средств – бумаги, картона, пластилина, скотча, ножниц. |
| B | С помощью «Лего». |
| C | С помощью 3D принтеров. |
| D | С помощью программ для 3D моделирования. |
Давайте подробнее разберём каждую технологию.
Моделирование подручными средствам
При моделировании подручными средствами нужно всего лишь следовать простому алгоритму:
К плюсам данного вида моделирования можно отнести:
Среди минусов есть следующие:
Поэтому при моделировании подручными средствами избегайте перфеционизма, не тратьте много времени на каждый прототип, при создании модели постоянно думайте о том, как люди будут пользоваться продуктом.
Лего-моделирование
Моделипрование с помощью «Лего» выполняется не менее просто:
Для получения наилучшего результата советуем вам прочитать книгу Тима Брауна «Дизайн-мышление в бизнесе», где рассказывается о том, как компания IDEO создавала из конструктора прототипы устройств для введения в кровь инсулиновых инъекций. Каждый раз создавая прототип, представляйте, что вы рассказываете историю.
Моделирование с использованием 3D печати
Для создания 3D моделей используются следующие технологии:
FDM (Fused Deposition Modeling). Материал выдавливается слой за слоем на поверхность. Эта технология применяется в биомедицине, кулинарии и промышленном производстве.
3D-печать – это достаточно сложная технология, поэтому для ее применения лучше всего привлекать квалифицированных специалистов.
Моделирование с использованием программ
То же самое моделирование, что и в случае с 3D, только здесь не надо «марать» руки, ведь весь процесс происходит на экране компьютера. Вот список 10 лучших бесплатных программ, которые помогут вам прототипировать, не выходя из зоны комфорта:
Руководство пользователя для каждой из программ можно найти в свободном доступе в Интернете.
Прототипирование сайтов и интерфейсов программ и приложений
Прототипирование сайта, главным образом, означает проектирование его интерфейса. Оно помогает облегчить задачу программистам, дизайнерам и верстальщикам. Поэтому мы объединили эти два пункта в один.
Например, когда вы заходите на любой сайт, то, скорее всего, ожидаете, что справа или сбоку будет меню и название проекта. Чуть-чуть правее или левее центра – контент (статьи, фотографии, видео). А снизу – надпись «Все права защищены» и правовые документы.
Если же вы зайдёте и увидите совсем другую картину (к примеру, меню будет расположено где-то снизу, контентная часть будет слишком узкой и т.п.), вероятно, вы просто уйдёте на другой сайт – более привычный.
Однако не нужно потакать пользователям во всём, ведь сайт должен решать и ваши задачи. К примеру, человек задал в поиске такой вопрос: «С чего начать саморазвитие?» Увидел ссылку на наш сайт и перешёл на него. Задача человека – получить информацию. Наша задача – не только помочь ему, но и реализовать собственные цели, в том числе и финансовые.
Если мы просто расскажем пользователю о саморазвитии, он прочитает и уйдёт. Чтобы такого не происходило, мы во всех статьях делаем ссылки на тематические материалы, бесплатные курсы и платные тренинги. При этом мы не пишем призывы каждые три абзаца, не мешаем пользователю найти ответ на вопрос и удовлетворить любопытство, не ставим никаких скриптов, которые не дают человеку уйти с сайта, если ему что-то не понравилось.
Как создать прототип
Прототип можно создать в любой программе, где можно рисовать. Если вы новичок, используйте Photoshop, Paint, Adobe Illustrator или даже Google Docs. Профессионалам рекомендуем программу Axure. И вот что нужно сделать дальше (в упрощенной форме):
| 1 | Отрисовать основные элементы шапки – форму поиска, логотип, кнопку обратной связи, описание проекта, кнопку действия («заказать услугу», «купить курс», «совершить звонок»), а если сайт информационный, то либо кнопку «Блог», либо меню с рубриками. |
| 2 | Нарисовать контентную часть и сайдбар (то, что находится сбоку). Как будет располагаться текст, кнопки социальных сетей, комментарии и т.д. |
| 3 | Обрисовать подвал сайта – дополнительные ссылки, значок копирайта и прочее. |
Стиль сайта должен прослеживаться на всех его страницах. Не должно быть так, чтобы на главной странице преобладал минимализм (чёрно-белый дизайн и полное отсутствие лишнего), а в статьях – «рог изобилия», когда кажется, что попал совсем в другую реальность. Элементы нужно делать симметричными по размерам и расположению.
Не заставляйте человека ощущать себя неуютно, т.е. если пользователи мобильных устройств привыкли, что при нажатии на значок «гамбургера» (три горизонтальных черты) открывается меню, не надо выдумывать что-то новое. Если люди привыкли, что курсор мыши меняется на указательный палец, когда на блок можно нажать, делайте на своём сайте (или в приложении) точно так же.
И еще несколько советов о том, чего нужно избегать при создании сайтов и приложений:
Подробнее читайте в материале, подготовленном крупнейшим маркетинговым агентством России Texterra. Там очень хорошо и понятно изложено, что стоит внедрить на своём сайте/приложении, а что – убрать. Однако не старайтесь всё время следовать нашим советам: экспериментируйте и пробуйте выяснить самостоятельно, что хотят видеть потенциальные клиенты на вашем сайте или в приложении.
Прототипирование опыта
Прототипирование опыта – это тип прототипирование, которое представляет собой воссоздание ситуаций для тестирования решений. Чтобы смоделировать опыт, нужно правильно подобрать место и создать обстоятельства, при которых человеку может понадобиться ваш продукт или услуга. С помощью прототипирования опыта можно разыгрывать целые ситуации, объёмные опыты и нахождение в пространствах, где трудно обойтись одним предметом.
Прототипирование опыта проводится так:
В чем разница между быстрым прототипированием и 3D-печатью
Нет сомнений в том, что технический прогресс значительно улучшил аспект разработки продукта. Быстрое прототипирование и файл 3D печать это лишь некоторые из результатов. Многие люди приняли эти два метода разработки продукта.
Технически, в аддитивном производстве используются методы разработки как 3D-печати, так и быстрого прототипирования. Большинство людей склонны считать, что это одно и то же.
Хотя между быстрым прототипированием 3D-печати есть явное сходство, эти два метода производства совершенно разные. В этом сообщении мы собираемся отличить быстрое прототипирование от 3D-печати.
Понимание аддитивного производства
Прежде чем мы даже проведем различие между 3D-печатью и быстрым прототипированием, давайте сначала взглянем на их основу. Оба они получены из Аддитивные производства.
Но что такое аддитивное производство?
Как следует из названия, аддитивное производство предполагает создание продукта путем добавления материалов слой за слоем. Добавление выполняется многократно, и эти слои в конечном итоге образуют единый продукт.
Определение 3D-печати и быстрого прототипирования
Что такое 3D-печать?
3D печать представляет собой сложный производственный процесс, в ходе которого 3D-модель превращается в физический объект. Цифровой файл преобразуется в 3D-объект.
Создание 3D-печатного объекта достигается с помощью метода аддитивного производства. Укладываются последовательные слои материала до тех пор, пока конечный объект не оживает. Каждый слой виден через поперечное сечение объекта.
С помощью 3D-печати сложные объекты и изделия можно создавать из очень небольшого количества материалов. Затем изделие можно подвергнуть последующей обработке, например покраске и полировке.
Что такое быстрое прототипирование?
Процесс быстрого прототипирования обычно завершается различными методами аддитивного производства, такими как 3D-печать.
Благодаря быстрому прототипированию визуально создаются трехмерные модели продукта или его части. Некоторые аспекты производимого продукта, такие как эффективность и действенность, могут быть протестированы до того, как они будут произведены в больших масштабах
Процесс: 3D-печать против быстрого прототипирования
Как работает 3D-печать?
Все начинается с создания 3D модели. Модели обычно создаются опытными 3D-дизайнерами. Как вариант, вы можете скачать готовые модели в Интернете.
Для создания моделей используется специально подобранное программное обеспечение.
После того, как у вас есть модель, следующим шагом будет подготовка файла для 3D-принтера в процессе, известном как нарезка.
Нарезка подразумевает разделение 3D-модели на несколько слоев. Процесс осуществляется с помощью специального программного обеспечения для нарезки ломтиков.
После того, как 3D-файл был нарезан, каждый фрагмент загружается в 3D-принтер. Затем печать начинается в процессе аддитивного производства.
Как работает быстрое прототипирование?
Есть несколько производственных технологий, которые используются для быстрого создания прототипов. Большинство этих методов соответствуют правилам аддитивного производственного процесса.
Помимо аддитивного метода, быстрое прототипирование также включает в себя другие методы, такие как компрессионное производство. Здесь полутвердому или жидкому материалу придают форму конкретного продукта.
Другие методы быстрого прототипирования включают субтрактивное производство, литье и 3D-печать.
По этой разнице можно сказать, что 3D-печать включает в себя единый производственный процесс, которому следуют последовательно. С другой стороны, быстрое прототипирование включает множество методов, направленных на сокращение времени, необходимого для производства продукции.
Преимущества: 3D-печать против быстрого прототипирования
Сравнивая эти два типа производства, разумно посмотреть на преимущества каждого метода.
Преимущества 3D-печати
-Быстрее производственный процесс
-Легко протестировать продукцию
-Экономичный способ изготовления
-Это дает свободу творчеству в плане создания уникального дизайна.
-Обеспечивает неограниченную геометрию, формы и размеры
-Минимальный отход материалов
-Позволяет использовать разные типы материалов.
-Снижение рисков в процессе производства.
-Легко контролировать и следовать процедуре
Преимущества быстрого прототипирования
-Ускорение производства и производственного процесса. Это основная цель быстрого прототипирования.
-Экономически эффективным. Методы изготовления этого метода дешевы. Вы сэкономите деньги благодаря 3D-обработке и обработке с ЧПУ.
-Позволяет тестировать и исследовать различные конструкции и геометрические формы продукта.
-Помогает избежать или снизить риски, связанные с производственным процессом
-Вы можете протестировать материалы, прежде чем использовать их для производства продукции.
Из этого сравнения видно, что преимущества 3D-печати и быстрого прототипирования в чем-то почти схожи.
Цена: 3D-печать против быстрого прототипирования
Что дороже между 3D-печатью и быстрым прототипированием?
Между этими двумя типами производства или разработки продукта существует значительная разница в цене. Фактор цены включает такие расходы, как износ материалов и техническое обслуживание.
Считается, что быстрое прототипирование обходится дороже, чем 3D-печать. Во-первых, стоимость покупки систем быстрого прототипирования может достигать 75,000 XNUMX долларов. Хотя это может показаться не большой проблемой, вам все равно придется нести периодические расходы.
Стоимость обслуживания некоторых систем быстрого прототипирования может достигать 10,000 XNUMX долларов в год.
С другой стороны, 3D-печать также требует некоторых затрат, таких как обслуживание 3D-принтера. Однако эта стоимость все равно будет намного меньше той, которая вам понадобится для обслуживания оборудования для быстрого прототипирования.
С финансовой точки зрения жизненно важно, чтобы вы сделали свою домашнюю работу, прежде чем выбирать RP или 3D-печать. Выясните все вопросы, начиная от цены на системы и заканчивая стоимостью обслуживания.
Если вы передаете услуги на аутсорсинг, вам также следует запросить расценки у компаний по 3D-печати и быстрому прототипированию в Китае.
Сложность метода: 3D-печать против быстрого прототипирования
Хотя оба метода изготовления достаточно технические, их степень сложности варьируется. 3D-печать не так сложна, как быстрое прототипирование.
Уровень подготовки, который требуется для 3D-печати, ниже, чем для быстрого прототипирования. Однако это обучение будет зависеть от используемых 3D-машин и деталей, которые будут производиться.
Регулировка параметров при быстром прототипировании может оказаться довольно сложной задачей. Кривая обучения быстрому прототипированию относительно длиннее, чем у 3D-печати.
Знаете ли вы, что благодаря 3D-печати можно создавать детали прямо на этапе проектирования? Кроме того, тот факт, что объем 3D-печати меньше, означает, что время, необходимое для производственного процесса, также может быть сокращено.
Однако, несмотря на их сложность, как 3D-печатью, так и быстрым прототипированием должны заниматься специалисты. Это обеспечит соответствие конечного продукта желаемым стандартам.
Используемые материалы: 3D-печать против быстрого прототипирования
Поскольку быстрое прототипирование включает в себя множество производственных технологий, ожидается, что этот метод может быть использован с широким спектром материалов. Его можно использовать как для твердых, так и для мягких материалов.
С другой стороны, 3D-печать немного ограничена по сравнению с быстрым прототипированием. Лучше всего подходит для ПВХ и пластмасс.
Однако развитие технологий расширяет возможности 3D-печати. Теперь его можно использовать для производства большего количества материалов, в том числе керамики.
Когда дело доходит до выбора материалов, обязательно проконсультируйтесь с компанией по 3D-печати или поставщиком услуг быстрого прототипирования.
Точность: 3D-печать против быстрого прототипирования
Независимо от того, какой продукт вы производите, точность всегда остается первостепенной. Какой из них более точен между 3D-печатью и быстрым прототипированием?
Что касается точности, быстрое прототипирование способно обеспечить более точную отделку, чем 3D-печать. И это несмотря на то, что оба метода полагаются на лежащую в основе геометрию.
Использование технологии частичной точности объясняется точностью быстрого прототипирования.
Также следует отметить, что точность 3D-принтеров может быть ограничена размерами продуктов. Они могут быть не очень точными, когда дело доходит до создания больших объектов.
Однако развитие технологий привело к появлению более точных и эффективных 3D-принтеров.
Заключение
Несмотря на различия, и 3D-печать, и быстрое прототипирование могут помочь вам в достижении ваших бизнес-целей. Они дадут вам возможность производить широкий ассортимент продукции.
Сидоров Иван Александрович
Термин используется как в информационных технологиях для обозначения процесса быстрой разработки программного обеспечения (см. RAD), так и в технологиях, связанных с изготовлением физических прототипов деталей. RAD (от англ. rapid application development — быстрая разработка приложений) — концепция создания средств разработки программных продуктов, уделяющая особое внимание быстроте и удобству программирования, созданию технологического процесса, позволяющего программисту максимально быстро создавать компьютерные программы.
Примерно с начала 1980-х начали интенсивно развиваться технологии формирования трёхмерных объектов не путём удаления материала (точение, фрезерование, электроэрозионная обработка) или изменения формы заготовки (ковка, штамповка, прессовка), а путём постепенного наращивания (добавления) материала или изменения фазового состояния вещества в заданной области пространства.
Некоторые из установок БП называют трёхмерными принтерами. Основное отличие этой технологии от традиционных методов изготовления моделей заключается в том, что модель создается не отделением «лишнего» материала от заготовки, а послойным наращиванием материала, составляющего модель, включая входящие в нее внутренние и даже подвижные части.
Процессы построения в значительной степени автоматизированы и позволяют получать качественные и сравнительно недорогие модели, затрачивая на их изготовление часы, а не дни и недели, как это было при использовании традиционных методов. Использование технологий RP позволяет существенно сократить сроки и стоимость дизайнерских и конструкторских работ, работ по изготовлению технологической оснастки, а также повысить качество выпускаемой продукции.
Спектр применения получаемых по нашей технологии моделей: выставочные образцы, прототипы и промышленные образцы для проверки собираемости, конструкции и стиля. Также применяется для получения мастер моделей для тиражирования в силиконовых формах.
Изготовленные прототипы могут применяться в качестве замены моделей из воска для процесса литья по выплавляемым моделям. Сокращаются сроки изготовления и большие затраты на инструмент; модели из гипса обеспечивают повышенную точность, качество отделки поверхности и упрощают технологию вспомогательных операций. Элементы прототипов могут быть изготовлены в виде готовой сборки. Минимальная толщина стенки может быть не менее 0,5 мм из соображений прочности.
Построение прототипа обычно происходит на основе твердотельной модели из CAD-систем или модели с замкнутыми поверхностными контурами. Эта модель разбивается на тонкие слои в поперечном сечении с помощью специальной программы, причем толщина каждого слоя равна разрешающей способности оборудования. Обычно при разбиении дается припуск на механическую обработку. Построение детали происходит послойно тех пор, пока не будет получен физический прототип. Принципиальная схема всех установок прототипирования одинакова: на рабочий стол, элеватор установки, наносится тонкий слой материала, воспроизводящего первое сечение изделия, затем элеватор смещается вниз на один шаг и наносится следующий слой. Так слой за слоем воспроизводится полный набор сечений модели повторяя форму требуемого изделия. При этом на некотором слое может оказаться, что отдельные элементы «повисают» в воздухе, поскольку они должны крепиться к верхним слоям. Чтобы избежать такой проблемы, 3D модель предварительно подготавливается, в ней строится система поддержек на каждый такой элемент.
Основным различием между технологиями прототипирования является прототипирующий материал, а также способ его нанесения. В мире существует всего несколько компаний, изготавливающих RP-установки, они постоянно совершенствуют технологию и разрабатывают новые материалы.[1]
На данный момент значительного прогресса достигли технологии послойного формирования трёхмерных объектов по их компьютерным образам. Эти технологии известны под разными терминами, например, SFF (Solid Freeform Fabrication), FFFF (Fast Free Form Fabrication) или CARP (Computer Adied Rapid Prototyping), однако наибольшее стереолитография (STL — sterolithography); отверждение на твёрдом основании (SGC — Solid Ground Curing); нанесение термопластов (FDM — Fused Deposition Modelig); распыление термопластов (BPM — Ballistic Particle Manufacturing); лазерное спекание порошков (SLS — Selective Laser Sintering); моделирование при помощи склейки (LOM — Laminated Object Modeling); технология многосопельного моделирования (MJM Multi Jet Modeling) Иммерсионные центры, или системы виртуальной реальности.
Все названные технологии предполагают наличие трёхмерной компьютерной модели детали. Большинство известных САПР обеспечивают экспорт моделей в стандартном для быстрого прототипирования формате STL, или 3ds формат.[2]
Стереолитография является самым первым и наиболее распространенным методом прототипирования, во многом благодаря достаточно низкой стоимости прототипа. Принцип метода состоит в послойном отверждении жидкого фотополимера лазерным лучом, направляемым сканирующей системой. Элеватор находится в емкости с жидкой фотополимерной композицией, и после отверждения очередного слоя смещается вниз с шагом 0,025-0,3 мм. Используется достаточно твердый, но хрупкий полупрозрачный материал, подверженный короблению под влиянием атмосферной влаги. Материал легко обрабатывается, склеивается и окрашивается. Качество поверхностей без доводки хорошее. Производители оборудования: 3D Systems www.3dsystems.com F&S Stereolithographietechnik GmbH www.fockeleundschwarze.de Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН www.laser.ru
В SLS технологии в качестве рабочего материала используются порошковый пластик, металл или керамика, близкие по свойствам к конструкционным маркам. На поверхность наносится тонкий слой порошка, который затем спекается лазерным лучом, формируя твердую массу, соответствующую сечению 3D-модели и определяющую геометрию детали. SLS это единственная технология, которая может быть применена для изготовления металлических деталей и формообразующих для пластмассового и металлического литья. Прототипы из пластмасс обладают хорошими механическими свойствами, могут быть использованы для создания полнофункциональных изделий. Производители оборудования: 3D Systems www.3dsystems.com F&S Stereolithographietechnik GmbH www.fockeleundschwarze.de The ExOne Company / Prometal www.prometal.com EOS GmbH www.eos-gmbh.de.
Используются нити из АБС, поликарбоната или воска. Свойства используемых пластиков очень близки к конструкционным маркам. Термопластичный моделирующий материал подается через выдавливающую головку с контролируемой температурой, нагреваясь там до полужидкого состояния. Головка наносит материал очень тонкими слоями на неподвижное основание с высочайшей точностью. Последующие слои ложатся на предыдущие, отвердевают и соединяются друг с другом. Технология применяется для получения единичных образцов изделий, по своим функциональным возможностям приближенных к серийным, а также для производства выплавляемых моделей для литья металлов. Производители оборудования: Stratasys Inc. www.stratasys.com
Технология струйного моделирования (Ink Jet Modelling)
Технология склеивания порошков (binding powder by adhesives)
Преимущества технологий БП
• Сокращение длительности технической подготовки производства новой продукции в 2-4 раза.
• Снижение себестоимости продукции, особенно в мелкосерийном или единичном производстве в 2-3 раза.
• Значительное повышение гибкости производства.
• Повышение конкурентоспособности производства.
• Сквозное использование компьютерных технологий, интеграция с системами САПР.
Недостатки технологий БП
• Относительно высокая цена установок и расходных материалов.
• Невысокая точность
• Относительно низкая прочность моделей
Прототип тормозного диска
Прототип тонкостенной конструкции детли бытового прибора